Подросшие дочери ткачиковых воробьев помогли подтвердить гипотезу альтруистической подстраховки
Ткачиковые воробьи, которые обитают в пустыне Калахари, могут вырастить потомство даже в засушливые годы, но для этого размножающейся паре нужна помощь подросших птенцов предыдущих лет, которые остались с родителями. Особенно ценны помощники-самки. Как выяснили британские орнитологи, благодаря помощникам женского пола ткачиковым воробьям удается сохранять репродуктивный успех на стабильном уровне независимо от уровня осадков. Это подтверждает гипотезу альтруистической подстраховки, согласно которой в некоторых случаях появление альтруизма может быть реакцией на жизнь в среде обитания с непредсказуемыми условиями. Результаты исследования опубликованы в статье для журнала Science Advances.
У многих видов птиц в выращивании потомства участвует не только родительская пара, но и ее подросшие птенцы, появившиеся на свет в предыдущие годы. Их называют помощниками на гнездах. Поведение таких особей может показаться нелогичным: они как будто жертвуют своим шансом на размножение, чтобы помочь родителям поднять на крыло младших братьев и сестер. Однако с генетической точки зрения помощнику выгодно ухаживать за сиблингами, ведь у него с ними такое же количество общих генов, какое было бы у него и его собственных птенцов.
Специалисты предполагают, что эволюция поддерживает появление помощников на гнездах, поскольку те увеличивают средний репродуктивный успех матери и отца. Однако недавно была выдвинута гипотеза альтруистической подстраховки (altruistic bet-hedging), согласно которой в непредсказуемой среде обитания такое поведение — и другие проявления альтруизма — защищает от провальных сезонов размножения. Если эта идея верна, то в неблагоприятные годы семьи, в которых есть помощники, выращивают больше птенцов, чем их сородичи, и за счет этого выигрывают у них в конкурентной борьбе. Впрочем, убедительные доказательства в пользу этой точки зрения до сих пор отсутствовали.
Команда орнитологов под руководством Эндрю Янга (Andrew J. Young) из Эксетерского университета решила проверить гипотезу альтруистической подстраховки на ткачиковых воробьях (Plocepasser mahali). Эти мелкие птицы из семейства ткачиковых (Ploceidae) обитают в засушливых местностях на юге и востоке Африки, где уровень осадков сильно варьирует от года к году. Держатся они группами, которые состоят из пары размножающихся птиц и 0-10 помощников на гнездах (обычно это подросшие потомки пары).
В течение девяти сезонов, с 2007 по 2016 годы, Янг и его коллеги оценивали успех размножения примерно 40 семейных групп ткачиковых воробьев из кустарниковой саванны в южноафриканской части пустыни Калахари. Они подсчитывали количество отложенных яиц, вылупившихся птенцов и покинувших гнезда слетков. Кроме того, исследователи попытались выяснить, насколько велик вклад каждого члена группы в выкармливание потомства. Для этого на видеокамеры фиксировали всех особей, которые посещали гнезда с восьмого по тринадцатый день с момента вылупления первого птенца. Чтобы иметь возможность отличать отдельных членов группы на записях, ученые заранее наносили на перья каждого из них, кроме доминирующей самки, индивидуальные метки черной краской. В общей сложности команде удалось записать на видео выкармливание 159 выводков 35 семейных групп.
Оказалось, что пищу птенцам приносят помощники обоих полов — однако самки делают это чаще. Кроме того, лишь вклад самок положительно сказывается на частоте кормления юных птиц. При этом чем больше помощников женского пола у доминирующей самки в конкретном сезоне размножения, тем выше частота кормления птенцов. Количество помощников-самцов на этот показатель не повлияло. А когда в ходе дополнительного эксперимента авторы удалили помощников-самок из части групп, птенцы в них стали получать пищу намного реже, при этом удаление самцов такого эффекта не оказало.
Несмотря на важную роль помощников-самок, ткачиковые воробьи способны выкормить птенцов и без них. Как показал анализ данных о примерно 400 выводках, группы, в которых нет помощников женского пола, в среднем выращивают примерно такое же количество потомства, что и те, где они есть. Тем не менее присутствие помощников-самок делает репродуктивный успех групп более стабильным от сезона к сезону. Кроме того, чем больше у доминирующей самки помощников женского пола в данном сезоне, тем ближе к среднему будет ее репродуктивный успех.
Янг и его коллеги предположили, что межгодовые отличия в успехе размножения у ткачиковых воробьев связаны с уровнем осадков, который в Калахари сильно варьируется от года к году. Присутствие помощников-самок в теории может смягчить влияние погоды. Чтобы проверить эту идею, авторы сопоставили данные об осадках на исследованном участке во временном диапазоне от 36 дней до и 9 дней после вылупления первого птенца, репродуктивном успехе разных групп и наличии в них помощников-самок.
Оказалось, что чем больше в группе помощников женского пола, тем выше в ней выживаемость птенцов в засушливые годы, когда пища в дефиците — судя по всему, благодаря усиленному кормлению. Эти результаты согласуются с гипотезой альтруистической подстраховки. Интересно, что во влажные годы, когда еды вдоволь, дополнительные помощники-самки, напротив, снижают выживаемость птенцов. Возможно, их активность привлекает к гнезду хищников. Тем не менее польза от помощников в засушливые годы, судя по всему, перевешивает вред, который они приносят в годы с высоким уровнем осадков. В целом же, чем больше в группе помощников женского пола, тем меньше на ее репродуктивный успех влияют осадки.
Таким образом, по крайней мере для ткачиковых воробьев гипотеза альтруистической подстраховки оказалась верной. Янг и его соавторы предполагают, что аналогичный механизм может быть обнаружен и у других видов из засушливых регионов, где главным фактором, влияющим на репродуктивный успех, является уровень осадков.
В более стабильной среде помощники на гнездах также приносят пользу родителям. Например, доминирующие самки сейшельских камышовок (Acrocephalus sechellensis) медленнее стареют, если у них есть помощники. Кроме того, благодаря помощникам даже стареющие самки остаются успешными матерями.
Сергей Коленов
И отползли от источника звука
Группа исследователей из Китая, США и Южной Кореи выяснила, что нематоды Caenorhabditis Elegans, которые чувствуют звук всем телом, реагируют не на абсолютное звуковое давление, а на его градиент. Из-за этого они способны различать и избегать звуки, которые издают небольшие беспозвоночные хищники, но не реагируют на более громкий шум. Кроме того, такой механизм восприятия градиента звукового давления, по-видимому, общий для многих животных, включая других беспозвоночных и млекопитающих. Работа опубликована в Current Biology. У нематод Caenorhabditis Elegans, как и у многих беспозвоночных, нет органов слуха, но они могут чувствовать звук и уползать от него, то есть проявлять отрицательной фонотаксис. В 2019 году Адам Илифф (Adam Illiff) из Мичиганского университета с коллегами показали, что звуковые вибрации черви ощущают всем телом, а их наружные покровы — кутикула — работают примерно как барабанная перепонка позвоночных. Тогда ученые определили механосенсорные нейроны червей, которые, вероятно, преобразуют звуковые волны в нервный импульс. И выяснили, что воспринимают черви именно колебания воздуха: мутанты, которые не чувствовали вибрацию субстрата, все равно проявляли фонотаксис. Теперь Цань Ван (Can Wang) из Хуачжунского университета науки и технологий (он принимал участие и в прошлом исследовании) и его коллеги из Китая, США и Южной Кореи выяснили, как именно нематоды чувствуют звук. Они размещали рядом с головой нематод динамики разных размеров и включали звуки разной громкости и частоты. Когда ученые помещали маленький динамик диаметром 0,5 миллиметра на расстоянии одного миллиметра от головы нематоды (что примерно равняется длине тела червя), и включали на нем звук частотой 1 килогерц и громкостью 80 децибел, черви разворачивались и ползли в противоположную от звука сторону. Но когда этот динамик заменили на больший, диаметром 3 миллиметра, нематоды не реагировали, хотя звук был таким же. Даже когда громкость увеличивали до 110 децибел или меняли частоту на большую или меньшую, нематоды не меняли траекторию своего движения. Исследователи обнаружили, что кутикула червей вибрирует сильнее всего от звука из маленького динамика. С помощью кальциевой визуализации авторы оценили активность механосенсорных нейронов, которые и реагируют на звуковые колебания. Их активность уменьшалась с увеличением размера динамика, даже если громкость звука была одинаковой. На звук из трехмиллиметрового динамика нейроны червей не реагировали. Также ученые выяснили, что звук из маленького динамика создает наибольший градиент звукового давления в теле нематод — это измерили с помощью миниатюрного микрофона. Давление звука, проходящего через среду, снижается с течением времени, — и в голове червя, которая ближе всего к динамику, оно выше, чем на конце его тела. Если источник звука небольшой, звуковое давление уменьшается быстрее, и таким образом градиент звукового давления по телу червя получается больше. Чтобы изменить звуковой градиент, авторы размещали динамики на разном расстоянии от головы червя — чем ближе был динамик, тем резче градиент. Абсолютное звуковое давление в области головы нематод тем временем не менялось. Черви демонстрировали наиболее устойчивые слуховые реакции только в ответ на резкий градиент. Градиент звукового давления коррелировал и с движением червей, и с вибрацией кутикулы, и с активностью механосенсорных нейронов. Нематоды живут в гниющих листьях на земле, где им могут повстречаться разные беспозвоночные хищники. По всей видимости, именно их звуки — стрекотание, шуршание или шелест крыльев — и могут слышать черви, а вот более громкие звуки от источников большего размера для них не так важны. Градиент звукового давления возникает и в тимпанальных органах кузнечиков, и в заполненной жидкостью улитке млекопитающих. В случае последних этот градиент, по всей видимости, необходим, чтобы активировались механочувствительные волосковые клетки улитки. То есть активация чувствительных к звуку нейронов происходит у разных животных по одному принципу. Ранее ученые обнаружили, что эпигенетическая память позволила нематодам C. elegans избегать патогенных бактерий даже спустя четыре поколения. То есть одни черви встретились с бактерией, выяснили, что она опасна, и стали ее избегать, а их детям и внукам уже не потребовалось проверять бактерий на себе — они избегали их сразу благодаря унаследованным модификациям гистонов.